Înțelegerea rezonanței structurale

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

$2,358.31

Piese

Senzor de vibrații.

$107.47

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

$148.07

Dispozitive

Balanset-4.

$8,123.32

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

$54.93

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

$11.94

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definiție: Ce este rezonanța structurală?

Rezonanță structurală este o condiție în care vibrații frecvența de la mașinile rotative (cum ar fi 1× viteza de funcționare, 2× de la nealiniere, sau frecvența de trecere a palei) se potrivește cu o frecvență naturală a structurii de susținere nerotative — inclusiv cadrul mașinii, placa de bază, piedestaluri, fundație sau chiar structuri din apropiere. Când are loc această adaptare a frecvenței, rezonanţă amplifică vibrațiile structurale la niveluri care depășesc cu mult ceea ce experimentează componentele rotative în sine.

Rezonanța structurală este deosebit de problematică, deoarece poate face ca o mașină bine echilibrată și aliniată corespunzător să pară că are probleme severe de vibrații. Vibrațiile puternice sunt prezente în structură, neindicând neapărat probleme ale rotorului, dar mișcarea structurală poate avea un efect de retrogradare care afectează comportamentul rotorului și poate provoca daune mecanice reale în timp.

Cum apare rezonanța structurală

Mecanismul de rezonanță

1. Sursa de excitație: Mașinile rotative generează forțe periodice (de la dezechilibra, nealiniere etc.)
2. Transmiterea forței: Aceste forțe se transmit prin lagăre către structura de susținere
3. Potrivire de frecvență: Dacă frecvența de excitație ≈ frecvența naturală structurală
4. Acumulare de energie: Structura absoarbe energia pe parcursul mai multor cicluri
5. Amplificare: Amplitudinea vibrațiilor crește, limitată doar de factorii structurali amortizare
6. Efect observat: Structura vibrează la o amplitudine de 5-50 de ori mai mare decât ar produce în mod normal forța de intrare

Intervale de frecvență tipice

• Moduri de fundație: De obicei 5-30 Hz pentru fundații industriale tipice
• Moduri placă de bază: 20-100 Hz în funcție de dimensiune și construcție
• Moduri piedestal: 30-200 Hz pentru suporturi tipice de lagăre
• Moduri cadru/copertă: 50-500 Hz pentru panouri și capace din tablă metalică

Scenarii comune de rezonanță

1X Rezonanță a vitezei de alergare

• Exemplu: Mașină care funcționează la 1800 RPM (30 Hz), frecvența naturală de bază la 28-32 Hz
• Simptom: Vibrații foarte puternice în ciuda unui echilibru bun
• Efect: Chiar și un dezechilibru rezidual mic creează mișcări structurale mari
• Soluție: Modificați rigiditatea fundației, adăugați amortizare sau modificați viteza de operare

Rezonanță 2X (Frecvență de nealiniere)

• Nealinierea generează o excitație de frecvență de 2×
• Dacă 2× corespunde modului structural, are loc amplificarea
• Vibrațiile ridicate pot fi diagnosticate confundat cu o nealiniere severă
• Îmbunătățirea alinierii ajută, dar nu elimină rezonanța

Rezonanța frecvenței de trecere a paletei/palei

• Ventilatoarele, pompele, turbinele generează frecvența de trecere a palelor (N × RPM, unde N = numărul de pale)
• Adesea în intervalul 50-500 Hz
• Poate excita moduri structurale în acest interval de frecvență
• Zârâit sau bâzâit de înaltă frecvență

Identificare diagnostică

Simptomele rezonanței structurale

• Vibrații disproporționate: Vibrațiile structurii sunt mult mai mari decât vibrațiile rulmenților
• Interval de viteză îngust: Vibrații ridicate doar la o anumită viteză (±5-10%)
• Dependență direcțională: Severă într-o direcție, minimă în direcție perpendiculară (formă de mod potrivită)
• Dependența de locație: Vibrațiile variază foarte mult pe suprafața structurii (antinoduri vs. noduri)
• Efect minim de rulment: Rulmenții și rotorul pot prezenta vibrații acceptabile în timp ce structura este gravă

Teste de diagnostic

1. Testarea la impact (testul de lovire)

• Structura de lovire cu ciocan, măsurarea răspunsului
• Identifică toate frecvențele naturale structurale
• Comparați cu frecvențele de funcționare ale mașinii
• Cel mai definitiv test pentru rezonanță structurală

2. Compararea locației de măsurare

• Măsurați vibrațiile la carcasa rulmentului (aproape de sursă)
• Măsurați la baza piedestalului, placa de bază, fundație
• Dacă vibrațiile structurale >> vibrațiile rulmentului, indică rezonanță structurală
• Transmisibilitatea > 2-3 sugerează amplificarea prin rezonanță

3. Forma deformării în funcționare (ODS)

• Măsurarea vibrațiilor în mai multe puncte simultan ale structurii
• Creați o vizualizare animată a mișcării structurale
• Arată ce mod structural este activ
• Identifică nodurile și antinodurile

Soluții și atenuare

Separarea frecvenței

Schimbați viteza de operare

• Dacă este vorba de echipamente cu viteză variabilă, acestea trebuie operate departe de rezonanță.
• Schimbați dimensiunile scripetelor motorului pentru a regla viteza
• Folosește VFD pentru a selecta viteza nerezonantă
• Poate fi nepractic dacă viteza este determinată de cerințele procesului

Modificarea frecvenței naturale structurale

• Adăugați masa: Reduce frecvența naturală (f ∝ 1/√m)
• Adăugați rigiditate: Crește frecvența naturală (f ∝ √k)
• Eliminați materialul: În unele cazuri, reducerea masei poate schimba rezonanța
• Modificare structurală: Adăugați contravântuiri, gușeuri sau armătură

Adăugarea de amortizare

Amortizarea stratului constrâns

• Material de amortizare vâscoelastic lipit de structură
• Eficient pentru panouri și rame din tablă metalică
• Reduce amplitudinea vârfului de rezonanță
• Tratamente de amortizare disponibile comercial

Amortizoare de masă reglate

• Adăugați un sistem secundar masă-arc acordat la frecvența problematică
• Absoarbe energia, reduce vibrațiile structurii principale
• Eficient, dar necesită o proiectare și o ajustare atentă

Materiale de amortizare structurală

• Tampoane sau izolatoare de cauciuc în locații strategice
• Compuși de amortizare aplicați pe suprafețe
• Amortizoare de frecare la îmbinări

Izolare

• Instalați izolatoare de vibrații între mașină și fundație
• Decuplează vibrațiile mașinii de structură
• Eficient dacă izolatorul are frecvență naturală < 0,5× frecvența de excitație
• Necesită o proiectare atentă pentru a evita crearea de noi probleme de rezonanță

Reduceți excitația

• Îmbunătăţi calitatea echilibrului pentru a reduce excitația de 1×
• Aliniere precisă pentru reducerea excitației de 2×
• Rezolvarea problemelor mecanice prin reducerea amplitudinilor de forțare
• Reduce simptomele, dar nu elimină potențialul de rezonanță

Prevenirea în proiectare

Criterii de proiectare a fundației

• Frecvența naturală a fundației > 2× frecvența maximă de funcționare (evitați rezonanța de mai sus)
• Sau < 0,5× frecvența minimă de funcționare (fundație izolată)
• Evitați intervalul 0,5-2,0 unde este probabilă rezonanța
• Includeți analiza dinamică în faza de proiectare

Proiectare structurală

• Proiectare pentru o rigiditate adecvată în raport cu frecvențele de forțare
• Evitați structurile ușor încărcate, predispuse la rezonanță
• Folosește nervuri și clinuri pentru a crește frecvența
• Luați în considerare adăugarea de amortizare inerentă (materiale compozite, îmbinări cu frecare)

Rezonanța structurală poate transforma sursele minore de vibrații în probleme majore prin efecte de amplificare. Identificarea rezonanțelor structurale prin teste de impact și măsurători operaționale, combinată cu strategii adecvate de atenuare, este esențială pentru atingerea unor niveluri acceptabile de vibrații în instalațiile în care dinamica structurală influențează semnificativ comportamentul general la vibrații al mașinii.

---

← Înapoi la indexul principal